Chapitre 2 – Les trois lois de Newton

J’espère que tu vas très bien ainsi que tes proches.

Voici quelques petits exercices dont les solutions finales se trouvent en fin de fichier.

Tu trouveras aussi l’interrogation sur le MCU, ainsi qu’un partie de l’examen de juin.

N’hésite pas à poser des questions. Pour ce faire, je te rappelle mon adresse électronique professionnelle : fonzee@saintlouis-waremme.be.

Très bonne fin de confinement !

Pour t’entraîner …

physiquement !

Chapitre 2 – Les trois lois de Newton

1) Selon le principe d’inertie, quelle est la proposition correcte ?

A. Un objet qui est soumis à des forces dont la résultante est nulle peut rester immobile.

B. Un objet se déplace à vitesse constante si on lui applique une force constante.

C. Un objet soustrait à l’action de toute force tombe vers le centre de la Terre.

2) Explique cette situation à l’aide du principe d’inertie ?

3) Dans Tintin au Tibet (image), Haddock enfourche bien malgré lui une vache sacrée… La vache s’arrête brusquement… Que fait le capitaine Haddock ?

4) Quelle est la bonne proposition ??

a) On applique deux forces identiques à deux objets de masses différentes.

1. L'accélération la plus forte est celle de l'objet dont la masse est la plus petite.

2. L'accélération la plus forte est celle de l'objet dont la masse est la plus grande.

3. L'accélération est la même pour les deux objets.

4. L'accélération de chacun des objets est directement proportionnelle à leur masse.

b) On applique deux forces différentes à deux objets de même masse.

1. La plus petite force produit la plus grande accélération.

2. La plus grande force produit la plus petite accélération.

3. Les accélérations sont inversement proportionnelles aux forces appliquées.

4. L'accélération de chaque objet est la même.

5. La plus petite force produit la plus petite accélération.

c) Si deux forces différentes produisent sur deux objets des accélérations identiques, c'est que :

1. La masse des deux objets est identique

2. La plus grande force est appliquée à la plus grande masse et la plus petite force est appliquée à la plus petite masse.

3. La plus grande force est appliquée à la plus petite masse et la plus petite force est appliquée à la plus grande masse.

4. Les deux masses sont inversement proportionnelles entre elles.

5) Un corps immobile dont la masse est de 800 g est suspendu par une corde.

Quel est le poids de ce corps ? Quelle est la tension (la force) de la corde ?

6) Une masse de 2 kg (au repos) est soumise à un ensemble de forces dont la résultante est de 6 N. Quelle vitesse possèdera cette masse après 10 s ?

7) Un corps dont la masse est de 6 kg passe de 36 km/h à 54 km/h en 2 s.

Calcule la force responsable de ce mouvement.

8) Une voiture de 1000 kg roule à la vitesse constante de 90 km/h. Quelle est la force exercée par les freins pour arrêter cette voiture en 4 secondes ?

Chapitre 3 – MCU

1) Une petite fille attache une pierre à l’extrémité d’une ficelle et la fait tourner dans un plan horizontal. L’intensité de la vitesse est constante. La corde casse au moment où la pierre passe par le point H.

Quelle est la trajectoire suivie par la pierre ? !a, !

b, !c, ou ! d ?

Quelle est la direction de l’accélération à laquelle la pierre était soumise au moment de la

! ! ! !

2) Deux objets A et B se déplacent sur des orbites circulaires. A se déplace sur une orbite de rayon R et B sur une orbite de rayon 2R. Si la période de rotation des 2 objets est identique, détermine laquelle (lesquelles) des affirmations est (sont) correcte(s) parmi les 3 séries d’affirmations suivantes.

1. A et B se déplacent à la même vitesse.

2. La vitesse de A est deux fois plus grande que celle de B.

3. La vitesse de B est deux fois plus grande que celle de A.

4. Aucune des propositions n’est correcte.

a) l’accélération centripète de A est 4 fois plus grande que celle de B.

b) l’accélération centripète des deux objets est identique.

c) l’accélération centripète de B est 2 fois plus grande que celle de A.

d) l’accélération centripète de A est 8 fois plus petite que celle de B.

A. la vitesse angulaire de A est 2 fois plus grande que celle de B.

B. Les vitesses angulaires de A et B sont identiques.

C. La vitesse angulaire de B est 4 fois plus grande que celle de A.

D. La vitesse angulaire de B est 2 fois plus grande que celle de A.

3) Un synchrotron est un accélérateur de particules où celles-ci suivent une trajectoire circulaire de rayon maintenu constant. Soit le

synchrotron de Grenoble, de 320 m de diamètre.

Les électrons peuvent être accélérer pour atteindre une vitesse de 2,9.10⁸ m/s (proche de celle de la lumière 3.10⁸ m/s).

a) Quelles sont la période et l’accélération de ces électrons ?

b) Sachant que la masse de l’électron est de 9,109.10^-31 kg, quelle force centripète subit il ?

4) Une machine à laver, dont le tambour a un diamètre de 50 cm, possède plusieurs vitesses d’essorage (exemples : 800 et 1100 tours par minute).

a) Quelle information nous donne la « vitesse d’essorage » ? Calcule cette grandeur pour les 2 valeurs données.

b) Quelle est la vitesse de rotation d’un point du tambour ?

5) Un vélo roule à la vitesse constante de 30 km/h. Les roues ont un

diamètre de 67 cm. Un catadioptre est placé à 20 cm du centre la roue.

Détermine la fréquence, la vitesse angulaire ainsi que la vitesse du catadioptre.

6) Un avion effectue un virage circulaire dans un plan horizontal à la vitesse de 510 km/h.

Le pilote subit une accélération de 3 g (l’accélération subie par un pilote d’avion est souvent donnée par un multiple de l’accélération gravitationnelle g=9,81 m/s²).

a) Quel est le rayon de la trajectoire parcourue par l’avion ? b) Quelle est la vitesse angulaire de rotation de l’avion ?

7) La planète Mercure tourne autour du Soleil selon une trajectoire quasi circulaire dont le rayon vaut 5,8.10⁷ km.

a) Si la planète subit une accélération centripète de 0,04 m/s², quel temps met elle pour effectuer un tour complet ?

b) Quelle est sa vitesse de rotation.

c) Que vaut la force centripète exercée par le Soleil sur Mercure, sachant que la masse de Mercure est de 3,285.10²³ kg ?

8) Dans une course olympique de bobsleighs, un bob effectue un virage circulaire horizontal à 120 km/h, ce qui soumet l’équipage à une accélération centripète de 5 g.

Interrogation 4 : Mouvement circulaire uniforme

Dans les situations suivantes, on estime que les mouvements sont des MCU.

Tu donnes tes réponses finales au millième près.

Question 1 (A : 5 points)

La sonde ‘Mars Reconnaissance Orbiter’ est en orbite circulaire autour de la planète Mars avec un rayon de 3680 km. La sonde prend 113 minutes pour parcourir une orbite complète. Détermine la fréquence ainsi que l’accélération centripète.

Question 2 (A : 5 points)

On fait tourner selon un plan horizontal un caillou de 12 grammes attaché au bout d’une ficelle de 10 cm. Il fait un tour en 0,5 s. Détermine la force exercée sur le caillou.

Question 3 (T : 6 points)

Détermine la fréquence et la vitesse angulaire d’un ventilateur électrique si une tache à l’extrémité de l’une des pales se situe à 15 cm du centre et a une accélération

centripète d’une grandeur de 2,37.10³m/s².

Question 4 (T : 4 points)

Un avion modèle réduit de 0,75 kg, en vol circulaire horizontal, est retenu par un fil qui exerce une force de 180 N. Sachant que sa vitesse est de 28 m/s, quel doit être le rayon du cercle ?

Partie de l’examen de juin

Question 1 – (C)

a) Enonce le principe d’action-réaction et donne un exemple concret de ce principe.

b) Comme le montre le schéma ci-contre, la vitesse d’un corps en chute libre peut devenir constante.

Explique clairement pourquoi.

Question 2 – (A : 7 points)

a) Deux objets subissent des accélérations différentes et sont poussés par des forces égales. Parmi les 4 propositions suivantes, indique celle(s) qui est (sont) vraie(s).

Justifie ton choix.

A. Les masses sont égales.

B. La plus petite accélération correspond à la plus grande masse.

C. Le rapport des masses est égal au rapport des accélérations.

b) Un mobile de 1050 kg se déplace en ligne droite selon le graphique représenté ci- contre.

A. Quels sont les moments durant lesquels le mobile est soumis à une force résultante non nulle ?

Question 3 – (A : 6 points)

Les disques microsillons, appelé aussi vinyles « 33 tours » sont appelés de cette manière car ils effectuent 33,333 tours par minute. La dimension de leur diamètre est de 30 cm.

Considérons un point A situé sur la circonférence d’un tel disque.

a) Pendant le mouvement du disque, calcule pour le point A : la période de rotation, la vitesse angulaire et l’accélération.

b) Ces grandeurs ont-elles la même valeur pour tous les points de la surface du disque ? Explique ta réponse.

Question 4 (T - 4 points)

Considérons le tracteur agricole ci-contre et supposons que le rayon d’une roue avant fasse les ¾ de celui d’une roue arrière.

Détermine le rapport entre la vitesse

angulaire d’une roue avant et celle d’une roue arrière.

FIN

Solutions des révisions du chapitre 2 – les trois lois de Newton

2) Lorsque Tintin accélère, Dupond et Dupont tentent à garder leur état de repos en vertu du principe d’inertie.

3) Il passe par dessus la vache en continuant son MRU ou MRUA selon le principe d’inertie.

4) a) 1. b) 2. c) 2.

5) G=7,848 N=tension 6) v=30m/s

7) F=15 N 8) F=-160 N

Solutions des révisions du chapitre 3 – MCU

, a!

2) 3. c) B.

3) T=3,467.10^-6 s ac=5,256.10¹⁴ m/s² Fc=4,788.10^-16 N

4) a) f1=13,333 hz f2=18,333 Hz b) v1=20,943 m/s v2=28,797 m/s 5) T=0,151 s f=6,631 Hz ω=41,664 rad/s v=8,333 m/s 6) a) R=8837,92 m b) ω=6,53.10^-6 rad/s

7) a) T=7,57.10⁶ s (environ 87,6 jours) b) v=48140,65 m/s c) F=1,314.10²² N 8) R=22,652 m

Solutions de l’interrogation sur le MCU

2) v=1,257 m/s a=15,791 m/s2 F=0,189 N

3) v=18,855 m/s f=20,005 Hz ω=125,695 rad/s 4) a=240 m/s² R=3,267 m

Solutions d’une partie de l’examen

2) a) B

b) A. de 0 s à 10 s et de 15s à 55 s

B. à 30 s : F=1050 N et à 42 s : F=630 N.

3) a) T=18 s ω=0,349 rad/s a=0,0524 m/s²

b) T et w sont les mêmes, mais pas l’accélération qui dépend de R.